推动低碳智能 服务美好世界——中材国际落实《建材行业碳达峰实施方案》技术行动 |《建材行业碳达峰实施方案》解读之十

中国中材国际工程股份有限公司 刘 燕 印志松

　　水泥行业是我国国民经济的重要基础产业，也构成了现代城市建筑的躯干。我国是全球水泥制造第一大国，是建材行业的二氧化碳主要排放源。按照工信部印发的《建材行业碳达峰实施方案》相关要求，作为国际化水泥技术装备工程系统集成服务商、水泥技术装备企业，中材国际面向“一带一路”和全球可持续发展，谋划水泥工业碳达峰、碳中和技术发展路线和实施行动方案，致力于中国水泥工业低碳技术进步。

　　一、提出服务于水泥工业碳减排的总体目标

　　《建材行业碳达峰实施方案》提出，我们要坚持统筹推进、双轮驱动、创新引领和突出重点等四项工作原则，以强化总量控制、推动原料替代、转换用能结构、加快技术创新、推进绿色制造等作为我们推进建材行业碳达峰的重点任务。

　　我们将紧紧抓住数字化、智能化、绿色化发展机遇，加大对重大共性关键技术和应用示范投入，从全产业链角度进行整体设计和技术应用，实现系统性解决方案。坚持创新驱动，聚焦绿色低碳循环发展关键核心技术，创新科研攻关机制，构建市场导向的绿色低碳技术创新体系，大力研发推广低碳技术，推动低碳前沿技术研究和产业迭代升级，促进碳达峰、碳中和技术创新发展。总体研发目标是到2030年，实现单位熟料碳排放降低20%，单位水泥碳排放降低30%；到2050年，实现单位熟料平均碳减排40%。

　　二、布局水泥工业全链条碳减排技术路径

　　针对水泥工业碳排放的主要来源，碳减排技术路径主要包括能源效率提升技术、替代原燃料及新能源技术、熟料替代与新型低碳熟料水泥技术、碳捕集储存利用技术等各技术潜在的减排空间也不尽相同。

　　1. 能源效率提升技术《建材行业碳达峰实施方案》提出了提高能源利用效率水平的要求，明确树立能效“领跑者”标杆，推进企业能效对标达标，挖掘节能减碳空间，进一步提高能效水平。我们将从减少系统化石能源消耗、降低系统高碳电力电耗、提高系统余热利用效率和全流程数字化智能化等方面，加强低/超低能耗新型干法水泥生产技术研发及应用。预计目标到2030年实现水泥生产烧成技术平均煤耗≤95kgce/t.cl，熟料综合平均电耗≤45kWh/t.cl；2050年实现水泥生产烧成技术平均煤耗≤85kgce/t.cl,熟料综合平均电耗≤40kWh/t.cl。与能耗限额标准的新建水泥生产线限额准入值相比，提高能源利用效率可有效降低CO？排放5%左右。

　　2. 替代原燃料及新能源技术水泥工业约60-65%的CO2排放来自于石灰石原料分解，替代原料总体思路就是尽量少用碳酸盐的钙质原料，减少原料分解的碳排放，因此使用钙质替代原料可以显著减少CO2的排放。从转换用能结构的角度，《建材行业碳达峰实施方案》提出加大替代燃料利用，支持可燃废弃物替代燃煤，完善上游产业链配套，形成衍生燃料制造新业态，提升水泥等行业燃料替代率。水泥行业使用替代燃料可以有效减少化石燃料的使用量，可降低CO？排放量约10～15%。我们将核心攻关研发具有国际竞争力的替代燃料技术，开发大规模国产化预煅烧技术装备，替代燃料率达到80%以上，实现烧成系统智能化系统长期、稳定投运。同时，将联合水泥企业积极部署零外购电生产线和绿色能源项目，开展氢能源耦合替代燃料煅烧研究，利用厂区合适位置合理布局光伏、风力、生物质发电、储能技术等。

　　3. 熟料替代与新型低碳熟料水泥技术在不降低体系强度的基础上，减少熟料用量可有效减低水泥碳排放强度，主要通过提高熟料、掺合料质量，优化水泥粉磨工艺等来实现熟料高效替代。对于水泥粉磨普遍面临粗颗粒熟料未能全部水化，辅助胶凝材料未能合理利用的现象，采用分级分别水泥粉磨技术，可以进一步降低熟料系数和粉磨电耗，使得高活性物料充分发挥化学活性、低活性物料充分利用填充作用。低碳水泥技术主要是指在保持混凝土性能的基础上，采用多矿相体系，降低熟料中的CaO含量。如LC3水泥，高贝利体系低钙水泥等。

　　4. 碳捕集储存利用技术一般认为，水泥工业最成熟的碳捕集技术是化学吸收法，最经济的方法是全氧燃烧法。全氧燃烧单位CO？产品能耗降为1.5～1.7GJ/吨.CO？，而常规化学吸收法单位CO？产品能耗:2.6～3.2 GJ/t.CO？，预计上述两项技术将不断优化。我们将重点攻关全氧燃烧技术，并围绕碳捕集、利用与封存（CCUS）技术，联合国内外科研院所、知名企业，联合开展捕集后CO？处置方法探索，主要包括地质利用、化工利用、生物利用和地质封存等四大类，如油田驱油、生物制藻、咸水层封存、CO？制甲醇、废渣矿化等。

　　5. 其他突破性技术按照产业链向下延伸，以混凝土碳化技术为重点，可大幅度提升硅酸盐水泥与CO？的反应程度，有效降低CO？排放量5%以上。按照产业链向上延伸，我们将以零碳矿山为目标，以现有矿山技术装备和整体解决方案为基础，开展低碳甚至是零碳矿山、大宗原燃材料低碳运输研究。

　　三、助力水泥工业碳减排技术示范应用

　　1. 水泥工艺再优化，数字智能强赋能，提高能源利用效率。

　　目前中材国际积极推进低能耗水泥生产技术研发及应用，实现低碳水泥生产烧成技术煤耗≤94kgce/t.cl，熟料综合电耗≤42kWh/t.cl，主要技术经济指标达到国际领先水平。以承建的南方水泥优化升级项目——槐坎南方日产7500吨熟料生产线为例，该项目集领先的烧成、粉磨、智能化技术及装备为一体,生产线每年可节省标准煤3.99万吨，节省工业用电5390万千瓦时，减少CO？排放15.6万吨，实现水泥行业超低排放指标；通过智能化生产运营模式，以全厂65人的配置，实现了综合管理效率提升50%以上，劳动生产率提高200%。

　　2. 定位系统解决方案，主攻自主装备，可实现100%原燃料替代。

　　我们从上世纪90年代开始研究水泥窑协同处置废弃物关键技术，已形成了大宗废弃物水泥窑协同处置的成套技术装备。截至目前，累计完成各类固体废弃物工程服务200多项，包括水泥工业协同处置生活垃圾、工业废弃物、危险废弃物和RDF等。针对替代原料，2004年首条压滤法电石渣制水泥熟料780吨/日生产线在宜宾天原集团建成投产，实现100%石灰质原料替代；针对国外替代燃料，可提供替代燃料率100%项目工艺整体技术系统解决方案，已投产的法国MK3项目燃料替代料85%，吨熟料减碳240kg，减少碳排放28%，每年可减少二氧化碳排放16.3万吨；目前正在施工中的拉法基豪瑞波兰项目替代率可达90%。

　　3. 提升现有装备适应性，推广新煅烧技术。

　　与传统硅酸盐水泥相比，LC3水泥具有明显的低碳特征，正成为海外多个地区未来水泥市场的重点发展方向。LC3水泥的技术关键是粘土的煅烧活化，目前国内外主流研发方向为粘土悬浮煅烧。从2017年开始，我们通过承担科技部重点研发项目，开展非金属矿物悬浮煅烧技术研发，形成具有自主知识产权的成套粘土悬浮煅烧工艺技术及装备并实现工业化推广应用。

　　4. 发挥水泥工艺优势，以全氧燃烧实现CO？自富集，降低碳捕集成本。

　　《建材行业碳达峰实施方案》要求加快研发重大关键低碳技术，研发全氧、富氧等工业窑炉节能降耗技术，加快突破建材窑炉碳捕集、利用与封存技术。源头提升CO？浓度是降低碳捕集提纯成本的最有效方法，可大幅度提升出系统烟气CO？浓度至75%以上，为实现低成本碳捕集提供可能，进而将捕集的CO？提纯成工业级、食品级CO？产品或封存。同时，系统能提供不同浓度CO？可直接用于碳化预养护混凝土、废渣碳化、制备碳化混凝土产品及合成制备甲烷等化工原料，适用性强。在国内和国际水泥市场，我们正联合大型水泥集团推进碳捕集提纯技术的工业化应用，项目投产后可实现年捕集利用5-20万吨CO？。

　　5. 建设绿色矿山，打造数字矿山，探索“零电”矿山。

　　切实推进装备“四化”，即装备大型化、专业化、品牌统一化、新能源化，大力推行“零电矿山”试点，探索绿色发展新业态，从装备使用及绿电使用方面达到减排、减碳、减电目的。突出矿山专业特色，建设实效型数字化矿山。目前已建成 100 座绿色矿山，其中国家级绿色矿山44座，在6个项目实施新能源矿车替代，截止目前已经运营的新能源矿车有69辆；联合业主共同建设“零电矿山”试点项目，试点风光储一体的低碳矿山方案，目前已经有6座矿山开始试点。

　　四、绿色智能赋能未来水泥工厂

　　中材国际践行高端化、智能化、绿色化发展，以清洁可再生能源高效利用、工业污染物和碳净零排放、全过程数字化智能化、多产业联动循环经济生态系统、智能化无人化产业云生态圈为实施途径，推动水泥行业未来成为数字、智能、绿色、环保的基础原材料产业，正在研发实现到2030年基本实现智能低碳生态云工厂，2050年实现碳中和与环境友好工厂，推动绿色智能，赋能未来工厂，服务美好世界。